汎用溶媒を介した室温でのVapor-Liquid-Solid型結晶成長への挑戦

使用通用溶剂在室温下进行气-液-固晶体生长的挑战

基本信息

批准号：
21K18843
负责人：
稲澤晋
金额：
$ 3.74万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、常温のコロイド分散液を用いてＶａｐｏｒーＬｉｑｕｉｄーＳｏｌｉｄ（ＶＬＳ）機構が起こる可能性を検討している。ＶＬＳ機構は、無機半導体材料で生じるウィスカー生成のメカニズムとして提唱され、ナノワイヤーなどの極細の一次元材料の生成手段として用いられている。原料原子の金属液体への自発的な溶け込みを利用しているが、原子とはスケールが大きく異なるコロイド粒子に適用できる可能性を検討している。1つの重要な点は、気液や液液の界面を介した物質移動がどのように起こるのか、という学術理解である。2年目はこの点に力点を置き、水と油の界面で物質移動がどのように起こるのかを基礎的な系で検討した。具体的には、両親媒性の分子(界面活性剤)をモデルとして用い、水と油(不揮発)の両方に溶解させた。密度の関係で水の上に油が存在するlayer-by-layer構造である状態で、下層の水を蒸発させると、水中の活性剤濃度が上昇する。これに伴って、水中で過剰となった活性剤分子が油中に自発的に移動する。この移動速度と、活性剤の油相への移動に伴う水の蒸発速度の変化を測定した。その結果、活性剤が油中に移動するほど水の蒸発速度が下がること、蒸発で水の割合が大きく減ると、水と油の活性剤濃度が平衡組成からずれること、を明らかにした。特に平衡組成からのズレは、水の蒸発速度が極めて遅い条件でも確認された。平衡状態での溶解度は、速度過程での溶解濃度を考える上で参考程度にしかならないことを意味する。コロイド粒子の分散限界濃度についても同様のことが言えると推察される。界面が関わる複雑な現象の一端を明らかにできた。

在这项研究中，我们正在研究在室温下使用胶体分散体发生气-液-固（VLS）机制的可能性。 VLS机制已被提出作为在无机半导体材料中产生晶须的机制，并且被用作产生超细一维材料（例如纳米线）的手段。该方法利用原材料原子自发溶解到金属液体中，但我们也在考虑将其应用于胶体颗粒的可能性，胶体颗粒的尺寸与原子显着不同。重要的一点是对气-液和液-液界面如何发生传质的学术理解。第二年，我们重点关注这一点，利用基础系统来研究水油界面上的传质是如何发生的。具体来说，使用两亲性分子（表面活性剂）作为模型并溶解在水和油（非挥发性）中。在逐层结构中，由于密度，油存在于水的顶部，当下层的水蒸发时，水中活性剂的浓度增加。结果，水中过量的活性剂分子自发迁移到油中。测量该转移速率和伴随活性剂转移至油相的水蒸发速率的变化。结果表明，随着活性剂进入油中，水蒸发速率降低，并且当水的比例由于蒸发而显着降低时，水和油中的活性剂浓度偏离平衡组成。特别是，即使在水蒸发速率极慢的条件下，也观察到与平衡组成的偏差。这意味着平衡状态下的溶解度仅是在速率过程中考虑溶解浓度时的参考。推测胶体粒子的分散极限浓度也同样如此。我们能够澄清涉及界面的部分复杂现象。